Il metodo di estrazione più efficiente per le materie prime vegetali

Cerchi un sistema di estrazione potente e affidabile per produrre estratti vegetali di alta qualità? Qui trovi un confronto tra le tecniche di estrazione più comuni, tra cui l’estrazione a ultrasuoni, l’estrazione con CO2 supercritica, l’estrazione con etanolo e la macerazione, con i rispettivi vantaggi e svantaggi.

Estrazione da materie prime vegetali con ultrasuoni rispetto alle tecniche alternative

L’estrazione da materie prime vegetali può essere eseguita con diverse tecniche. Tuttavia, l’efficienza, la resa e la qualità dell’estratto dipendono fortemente dal metodo e dal protocollo di estrazione utilizzati. La macerazione, l’estrazione con CO2 supercritica, la percolazione e l’estrazione Soxhlet sono metodi di estrazione comuni che spesso forniscono risultati insufficienti.
L’estrazione mediante ultrasuoni è una tecnica di isolamento avanzata che supera i metodi di estrazione tradizionali sotto diversi aspetti.
L’estrazione mediante ultrasuoni con una sonda a ultrasuoni è un metodo altamente efficace per estrarre composti da piante e altri materiali. Rispetto ad altri metodi, quali la macerazione, l’estrazione con CO2, la percolazione e l’estrazione a microonde, l’estrazione con sonda a ultrasuoni si distingue per diversi vantaggi:

• Estrazione più rapida: L’estrazione con sonda a ultrasuoni consente di estrarre i composti molto più rapidamente rispetto alla macerazione e alla percolazione. Questo avviene perché le onde ultrasoniche creano nel solvente bolle di cavitazione che generano micro-urti, contribuendo a disgregare le pareti cellulari e a rilasciare i composti più rapidamente.
• Resa maggiore: L’estrazione con sonda a ultrasuoni può offrire una resa in composti maggiore rispetto alla macerazione, all’estrazione con CO2 e alla percolazione. Questo avviene perché le onde ultrasoniche contribuiscono a rilasciare una quantità maggiore dei composti desiderati dal materiale sottoposto a estrazione.
• Maggiore efficienza: L’estrazione con sonda a ultrasuoni è più efficiente della macerazione, dell’estrazione con CO2, della percolazione e degli estrattori Soxhlet, poiché richiede meno solvente per estrarre la stessa quantità di composti. Questo avviene perché le onde ultrasoniche contribuiscono ad aumentare la solubilità dei composti desiderati nel solvente.
• Versatilità: L’estrazione con sonda a ultrasuoni può essere utilizzata per estrarre un’ampia gamma di composti da diversi materiali, inclusi composti sia idrofili sia idrofobi. Ciò significa che gli ultrasuoni sono eccellenti anche per la produzione di estratti a spettro completo.
• Costi contenuti: L’estrazione con sonda a ultrasuoni è generalmente meno costosa dell’estrazione con CO2, della percolazione, della macerazione e dell’estrazione Soxhlet, poiché non richiede apparecchiature ad alta pressione né operazioni che comportano un notevole impiego di manodopera.
• Rispetto dell’ambiente: Le sonde a ultrasuoni consentono un’estrazione rispettosa dell’ambiente, poiché richiede meno solvente ed energia rispetto ad altri metodi e produce meno rifiuti. Sebbene la sonicazione sia compatibile con qualsiasi solvente, l’elevata efficienza dei sonicatori consente di evitare in gran parte i solventi tossici. Etanolo, etanolo acquoso e acqua sono solventi eccellenti per l’estrazione a ultrasuoni da materie prime vegetali.

Rispetto alle tecniche tradizionali di estrazione da materie prime vegetali, l’estrazione con sonda a ultrasuoni offre vantaggi significativi, il che spiega l’ampio utilizzo dell’estrazione a ultrasuoni per numerosi composti bioattivi di origine vegetale.

Ottenimento di estratti di alta qualità da materie prime vegetali

Per ottenere estratti vegetali di alta qualità, non è essenziale soltanto la materia prima (materiale vegetale), ma è determinante anche la tecnica di estrazione applicata. Gli estratti vegetali sono sensibili alla temperatura, il che significa che vengono degradati dal calore. È quindi fondamentale scegliere un metodo di estrazione non termico.
La scelta del solvente di estrazione è un altro fattore importante che influisce sulla qualità dell’estratto. Solventi quali esano, metanolo, butano e altre sostanze chimiche aggressive possono contaminare l’estratto. Anche se i solventi vengono rimossi dopo l’estrazione, nell’estratto finale possono rimanere tracce di solventi tossici. Acqua, alcol, etanolo, glicerina e oli vegetali sono solventi sicuri, non tossici e approvati dalla FDA per il consumo.

Protocollo passo dopo passo per l’estrazione da materie prime vegetali con una sonda a ultrasuoni

Come si estraggono i composti bioattivi dalle piante mediante sonicazione con sonda? Di seguito trovi istruzioni passo dopo passo per l’estrazione di sostanze fitochimiche e composti bioattivi da materiale vegetale, come foglie, petali, corpi fruttiferi, fusti, radici o rizomi!

1. Innanzitutto, il materiale vegetale viene macinato o tagliato in piccoli pezzi per aumentare la superficie disponibile per l’estrazione.
2. Il materiale vegetale viene quindi miscelato con un solvente (come etanolo o acqua) per estrarre i polifenoli.
3. Si utilizza quindi la sonicazione con sonda per favorire il processo di estrazione, applicando alla miscela onde ultrasoniche ad alta intensità e bassa frequenza, a circa 20kHz. Ciò provoca cavitazione acustica e una rapida vibrazione del solvente, favorendo la disintegrazione e la disgregazione delle cellule vegetali e il rilascio di sostanze bioattive come polifenoli, flavonoidi e vitamine.
4. La miscela viene quindi filtrata per separare il materiale vegetale solido dal liquido contenente i composti bioattivi estratti.
5. Il liquido viene quindi fatto evaporare o sottoposto a ulteriori trattamenti per rimuovere il solvente e concentrare le molecole bioattive.
6. Il prodotto finale è un estratto ricco di sostanze bioattive che può essere utilizzato in diverse applicazioni, come integratori alimentari, alimenti funzionali e cosmetici.

Nota: questa è una panoramica del processo e le condizioni specifiche (solvente, rapporto tra materiale vegetale e solvente, tempo di estrazione, potenza di sonicazione, ecc.) possono variare in funzione della fonte vegetale e del contenuto desiderato di sostanze bioattive.

Come funziona l’estrazione a ultrasuoni?

L’estrazione a ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica ultrasonica ed è un trattamento puramente meccanico. Analogamente a un miscelatore ad alto taglio, un sonicatore genera esclusivamente forze meccaniche di taglio nel mezzo di processo. L’estrazione a ultrasuoni è di per sé una tecnica di estrazione non termica, senza impiego di sostanze chimiche.
Che cos’è la cavitazione acustica? – La cavitazione acustica o ultrasonica si verifica quando onde ultrasoniche ad alta potenza e bassa frequenza vengono accoppiate a una sospensione costituita da materiale vegetale in un liquido (solvente). Le onde ultrasoniche ad alta potenza vengono accoppiate alla sospensione vegetale tramite un processore a ultrasuoni con sonda. Le onde ultrasoniche ad alta energia si propagano nel liquido creando cicli alternati di alta pressione / bassa pressione, che danno origine al fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica genera localmente condizioni estreme, come differenziali di pressione molto elevati e forti forze di taglio. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e le collisioni tra particelle generano effetti quali la frammentazione delle particelle, la sonoporazione (la perforazione delle pareti cellulari e delle membrane cellulari) e la disgregazione cellulare. Inoltre, l’implosione delle bolle di cavitazione nei mezzi liquidi genera turbolenza e agitazione, favorendo il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il solvente circostante. L’irradiazione ultrasonica è un metodo altamente efficiente per potenziare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione produce cavitazione e i meccanismi correlati, quali micromovimenti dovuti ai getti di liquido, compressione e decompressione nel materiale, con conseguente disgregazione delle pareti cellulari.
A seconda della materia prima, il processo di estrazione a ultrasuoni può richiedere intensità elevate, ad esempio per rompere cellule vegetali rigide o materiale con un alto contenuto di cellulosa. I sonicatori con sonda possono generare ampiezze molto elevate, necessarie per produrre una cavitazione intensa. Hielscher Ultrasonic produce estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni che possono facilmente generare ampiezze di 200µm in funzionamento continuo 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonotrodi (sonde) specifici ad alta ampiezza.
Per intensificare la cavitazione si utilizzano reattori a ultrasuoni e celle di flusso pressurizzabili. All’aumentare della pressione, la cavitazione e le forze di taglio da essa generate diventano più distruttive, migliorando così gli effetti dell’estrazione a ultrasuoni.

Estrai sostanze fitochimiche e composti bioattivi con la sonicazione

L’estrazione a ultrasuoni viene utilizzata per rilasciare e isolare un’ampia varietà di composti bioattivi (le cosiddette sostanze fitochimiche) dalle materie prime vegetali.
L’elenco seguente offre una breve panoramica delle sostanze fitochimiche estratte mediante ultrasuoni:

• CBD e altri cannabinoidi dalla cannabis e dalla canapa
• Terpeni
• Zenzero
• Rosmarino
• Capsaicina dai peperoncini
• Caffeina dai chicchi di caffè
• Astaxantina dalle alghe
• Allicina dall’aglio
• Catechine (EGEC) dal tè
• Propoli
• Ellagitannini dal melograno
• Estratti di erbe ayurvediche
• Nicotina dal tabacco
• Oli essenziali
• Sostanze fitochimiche dall’ortica
• Pectine dalle bucce degli agrumi
• Polifenoli dalla buccia di mango
• Tarassacina e tarassasterolo dal tarassaco

Solventi per l’estrazione a ultrasuoni

L’estrazione a ultrasuoni è compatibile con quasi tutti i solventi. I più comunemente utilizzati per l’estrazione di composti bioattivi da materie prime vegetali sono etanolo, acqua, miscele etanolo/acqua, glicerina e oli vegetali, poiché questi solventi sono considerati sicuri per il consumo e sono facili da usare.
Scopri di più sui solventi utilizzati per l’estrazione a ultrasuoni!

I vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni con etanolo

L’etanolo è uno dei solventi più comunemente utilizzati nell’estrazione a ultrasuoni grazie alla sua sicurezza (approvato dalla FDA per il consumo), alla sua efficacia e al suo ampio potere solvente. L’estrazione a ultrasuoni con etanolo supera l’impiego di altri solventi e altre tecnologie di estrazione per convenienza economica, scalabilità lineare, semplicità e sicurezza.
L’efficacia superiore dell’etanolo come solvente è legata alla sua composizione chimica, costituita da una coda idrocarburica e un singolo gruppo ossidrile. Questa composizione chimica consente all’etanolo di dissolvere ed estrarre uno spettro molto ampio di sostanze, tra cui polifenoli, flavonoidi, terpeni, cannabinoidi e lipidi (oli).
Ad esempio, l’estrazione a ultrasuoni dei cannabinoidi con etanolo non richiede la winterizzazione (decerazione), una fase necessaria con altri metodi di estrazione, come l’estrazione con CO2, per rimuovere le cere.

L’estrazione con etanolo produce effetti diversi in funzione della temperatura dell’etanolo. L’etanolo riscaldato viene spesso utilizzato per produrre estratti a spettro completo, apprezzati per il loro effetto entourage. L’etanolo molto freddo, invece, viene utilizzato preferibilmente per produrre distillati di erbe o cannabis. L’estrazione in etanolo molto freddo non richiede una successiva filtrazione. Poiché l’estrazione a ultrasuoni è un trattamento non termico, può essere utilizzata con etanolo caldo/tiepido oppure raffreddato/molto freddo. I reattori a ultrasuoni dotati di camicia aiutano a mantenere la temperatura di processo desiderata durante il trattamento. Il controllo digitale e il software intelligente del sonicatore monitorano la temperatura di processo tramite sensori di temperatura collegabili e possono essere programmati per interrompere o mettere in pausa il trattamento di estrazione quando la temperatura del mezzo esce da un determinato intervallo.

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I sistemi di estrazione ad alte prestazioni di Hielscher Ultrasonics sono disponibili per qualsiasi scala, dai piccoli sistemi da laboratorio alla scala pilota intermedia, fino alla produzione completamente industriale di diverse tonnellate all’ora. A seconda della capacità di trattamento, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in modalità batch o continua in linea. La scelta del solvente spetta a te, poiché i sonicatori Hielscher possono essere utilizzati in combinazione con qualsiasi solvente. Tutti i dispositivi di estrazione a ultrasuoni sono semplici e sicuri da utilizzare. In base alla materia prima, alla capacità di processo e all’obiettivo di produzione, Hielscher offre il sonicatore più adatto.
I processi di estrazione a ultrasuoni sono influenzati dalla materia prima, dal solvente e dalla capacità di trattamento. Sono disponibili diversi accessori, come sonotrodi (sonde) di varie dimensioni e forme, amplificatori di ampiezza, celle di flusso con volumi e geometrie diversi, sensori di temperatura e pressione collegabili e molti altri dispositivi, per assemblare il sistema a ultrasuoni ideale per il tuo processo di estrazione.
Il controllo del processo è fondamentale per ottenere risultati riproducibili. Per questo motivo, tutti i modelli digitali sono dotati di un software intelligente che consente di regolare, monitorare e modificare i parametri di estrazione. Grazie al controllo preciso dell’ampiezza, del tempo di sonicazione e dei cicli di lavoro, è possibile ottenere risultati di processo ottimali, come rese superiori e la massima qualità dell’estratto. La registrazione automatica dei dati del processo di sonicazione costituisce la base per la standardizzazione del processo e la riproducibilità / ripetibilità, richieste dalle buone pratiche di fabbricazione (GMP).

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: